Ценные технические качества халцедона (однородность структуры, отсутствие спайности, высокая твердость, малая истираемость и т.п.) делают его незаменимым материалом для изготовления опорных камней для точных приборов, гладильных досок для бумагоделательных машин и др.

Родонит относится к триклинным пироксенам. По составу это метасиликат марганца (MnSiO3). Твердость родонита 5.5-6.5, уд. вес 3.4-3.8, спайность совершенная. Живые узоры из черных ветвистых прожилок окислов и гидроокислов марганца оживляют этот камень, создавая на нем фантастические рисунки и даже пейзажи. Родонит прекрасно поддается обработке. Будучи очень плотным, он легко режется алмазной пилой, хорошо шлифуется и отлично принимает зеркальную полировку. Его способность просвечивать в тонких пластинках, окрашенных в яркий малиново-красный цвет, используется при создании витражей. Перечень из родонита очень богат: различные шкатулки, брелоки, пресс-папье, печатки, пепельницы, вазочки, тарелочки, чаши, разрезные ножи, броши, запонки и т.д. Уральские кустари издавна обрабатывали родонит и добились изумительной техники, имитируя ягоды малины, плоды и фрукты, украшавшие шкатулки в виде накладок.

Нетрудно понять, что в будущем применение силикатов станет еще большим. Металлов в земной коре не так уж много. Углерод, который служит основой органических полимеров и пластмасс, составляет всего лишь 0,1% земной коры по массе. Производство древесины ограничено скоростью прироста леса. А использование силикатов практически не ограничено ничем. По силикатному сырью, можно сказать, мы ходим. Правда имеется существенный недостаток у силикатных изделий. Они обладают большой хрупкостью, но этот недостаток в принципе преодолим. Ведь изобрели же японцы небьющийся фарфор. А на сковородках из мелкокристаллического стекла - ситалла еще двадцать лет назад жарили картошку. Прочность таких сковородок близка к чугунным, и бьются они значительно меньше, чем обычное стекло [9].

Впрочем, о силикатах можно говорить бесконечно. Сведений о них так много, что химия силикатов давно выделилась в большую самостоятельную отрасль химического знания.

1.8 Сколько в нас кремния?

Наше обычное равнодушие к горным породам и кирпичам, которому способствует традиционное размежевание между неорганической и органической химией (а также теория витализма), обусловливает игнорирование возможностей роли кремния в живых организмах. Таким образом, 12% (или около этого) SiO2, обнаруженного в золе после сгорания соломы, длительное время считали случайным загрязнением от силикатов в почве. В действительности кремний играет более активную роль в жизни растений и животных. Ваннагат отмечает, что содержание кремния в живых организмах уменьшается с ростом «сложности» организма: отношение кремния к углероду составляет 250:1 в земной коре, 15:1 - черноземе, 1:1 - в планктоне, 1:100 в папоротнике (мужском) и 1:5000 - у млекопитающих. Может создаться впечатление, что содержание кремния в живых организмах незначительно, однако общее количество кремния, которое содержится в 1012 тоннах живых организмов на земле (если преобразовать в кварцевый песок и погрузить в вагоны), составило бы подвижной состав, который пять раз опоясал бы экватор! Такое игнорировать нельзя [11].

В организме человека содержится обычно только 10-15 г кремния, который можно было бы рассматривать как случайный остаток растворенной в воде кремниевой кислоты и вдыхаемой нами силикатной пыли. Тем не менее, большее количество кремния в волосах и ногтях наталкивает на мысль, что кремний должен быть связан с их ростом. Оказалось, что это соответствует действительности. Например, русская фармацевтическая целебная мазь, основанная на азотистом циклическом органическом эфире кремния, вызвала рост волос у молодых людей, которые лишились их вследствие хронической болезни. Аналогичный препарат, введенный морским свинкам, вызвал рост волосяного покрова у этих грызунов на 13 см.

Возможно, именно это поможет ответить на вопрос, почему человекообразные обезьяны, которые попали в неволю, теряют свой волосяной покров зимой и жадно едят глину или суглинок весной, чтобы восстановить его (возможно именно поэтому собаки иногда едят траву). Все это еще ждет исчерпывающего объяснения.

Зависимость между кремнием и формированием скелета также «окутана таинственностью», но в то же время известно, что при переломах костей происходит 50-кратное увеличение содержания кремния в соединительной ткани вокруг места перелома. Кремний служит структурным элементом вокруг соединительной ткани, связывая макромолекулы мукополисахаридов и коллагена, играет существенную роль в метаболизме многих растений и морских организмов, оказывает влияние на скорость минерализации и мешает возникновению атеросклероза [12].

Соединения кремния относятся к токсичным веществам: вдыхание мельчайших частиц пыли диоксида кремния и других соединений кремния (например, асбеста) вызывает опасную профессиональную болезнь - силикоз.

Внесение в почву кремния в виде силиката натрия повышает усвоение фосфатов из бедных ими почв.

Применение кремния во многом определяется его полупроводниковыми свойствами, что широко используется в электронике; приборы на его основе работают при температурах до 200° С; кремний используют для изготовления интегральных схем, диодов, транзисторов, солнечных батарей, фотоприемников, детекторов частиц в ядерной физике и других областях; из кремния также готовя линзы в приборах инфракрасной техники. В металлургии кремний применяют в качестве восстановителя, при производстве ферросилиция, для раскисления (удаления растворенного в расплавленных металлах кислорода); кремний является компонентом электротехнических и других сортов стали, чугунов, бронзы, силуминов; большое количество кремния и его производных расходуется на получение кремнийорганических соединений и силицидов ряда металлов; б-SiH применяют для изготовления солнечных батарей, полевых транзисторов и других изделий. Кремний в виде силикатов находит широкое применение в строительстве - цемент, кирпич, оконное стекло, фарфор и т.д., что было описано выше.

ГЛАВА II ТЕМА: «КРЕМНИЕВАЯ КИСЛОТА. СОЛИ КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ» В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ХИМИИ

В школьном курсе химии достаточно хорошо освещена, собственно, химическая сторона изучаемой темы. Например, вот как она изложена в школьном учебнике для 9 классов [13].

Цель урока: познакомить учащихся со строением и способом получения кремниевой кислоты, изучить строение молекул солей кремниевой кислоты, их физические и химические свойства, изложить общие понятия о возможностях силикатной промышленности и производстве стекла, бетона и цемента.

Задачи обучения: сформировать понятие кремниевая кислота, расширить представление о способах получения, свойствах и способах применения различных типов силикатов в промышленности.

Задачи развития: продолжить развитие у учащихся основных приемов мышления (умения анализировать, сравнивать и т.д.), совершенствовать умение учащихся самостоятельно работать с дополнительной информацией.

Задачи воспитания: продолжить химическое образование школьников.

Ход урока

I. Организационный момент (1-2 мин.)

- посадка детей;

- проверка принадлежностей;

- отметка отсутствующих и т.д.

II. Опрос домашнего задания (10 мин.)

1. Что такое кремний?

2. Каково содержание его в земной коре?

3. Какие наиболее распространенные соединения кремния вы можете назвать?

4. Как в промышленности получают кремний?

5. Расскажите о физических и химических свойствах кремния.

6. Где применяют кремний?

7. Опишите химические свойства и области применения оксида кремния (IV)?

III. Изучение нового материала (20 мин.)

Строение молекулы.

Состав кремниевой кислоты условно изображают формулой H2SiO3. В действительности ее состав более сложный:

Известно много различных кремниевых кислот с общей формулой n SiO2 • m H2O.

Получение. В отличие от многих других кислот кремниевую кислоту нельзя получить гидратацией оксида кремния (IV), ибо он с водой не реагирует. Кремниевую кислоту получают при действии кислот на растворы ее солей. При этом она выпадает в виде студенистого осадка:

Na2SiO3 + 2 HCl > 2 NaCl + H2 SiO3v

2 Na+ + SiO32- + 2 H+ +2 Cl- > 2 Na+ + 2Cl + H2SiO3 v

2 H+ + SiO32- > H2SiO3 v

Физические свойства: В отличие от многих других неорганических кислот кремниевая кислота в воде практически не растворима. С водой она образует особого вида системы, называемые коллоидными растворами.

Химические свойства: Поскольку кремниевая кислота в воде пратически нерастворима, то ионы водорода от ее молекул почти не отщепляются. В связи с этим такое общее свойство кислот, как действие на индикаторы, кремниевая кислота не обнаруживает: она еще слабее угольной кислоты. Кремниевая кислота непрочная и при нагревании постепенно разлагается:

H2SiO3 > Н2О + SiO2

Соли кремниевой кислоты.

Строение молекулы. Как и для кремниевой кислоты, принятые формулы ее солей (Na2SiO3, CaSiO3 и т.д.) условны. Существует много различных силикатов, которые образуются при полном или частичном замещении атомов водорода атомами металлов в молекулах кислот состава

n SiO2 • m H2O

Получение солей кремниевой кислоты, т.е. силикатов, рассмотрено при изучении химических свойств оксида кремния (IV).

Физические свойства. Многие силикаты тугоплавки и в воде практически не растворимы. Из силикатов, имеющих большое практическое значение, растворимы лишь силикаты натрия и калия. Эти силикаты называются растворимыми стеклами.

Химические свойства

1. Силикаты реагируют почти со всеми кислотами, в том числе и с угольной кислотой:

Na2SiO3 + H2O + CO2 > Na2CO3 + H2SiO3 v

2. Растворимые силикаты могут участвовать в реакциях обмена с другими солями:

Na2SiO3 + CaCl2 > CaSiO3v + 2 NaCl

2 Na+ + SiO32- +Ca2+ + 2Cl- > CaSiO3v + 2Na+ + 2Cl-

Ca2+ + SiO32- > CaSiO3v

3. В водных растворах силикаты подвергаются гидролизу и обладают щелочной реакцией:

4. Силикаты, входящие в состав минералов (их формулы выражают в виде оксидов), в природных условиях разрушаются под действием воды и оксида углерода (IV):

К2О • Аl2O3 • 6 SiO2 + CO2 + 2 H2O >

ортоклаз

> Аl2O3 • 2 SiO2 • 2 H2O + 4SiO2 + К2CO3

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9